CN114454146B - 一种无源腰部助力器 - Google Patents

Abstract

本发明实施例涉及一种无源腰部助力器，包括：背部支撑管，设置在背部支撑管上的肩带固定板；两个腰管对称设置在背部支撑管的两侧，鲍登线穿设在两个腰管内，鲍登线内设置有钢丝；腰管端部固定设置有绕线盘，绕线盘上设置有轴承架，轴承架可沿绕线盘前后转动；轴承架底端通过轴承侧板连接有弹簧仓，弹簧仓内设置有弹簧，钢丝从腰管穿出后穿入弹簧，并将钢丝的端部通过垫片固定在弹簧底端的外侧；在弹簧仓外侧还设置有挡杆。穿戴者弯腰时，绕线盘绕紧钢丝，钢丝的两端拉紧两侧的弹簧，使得两侧的弹簧压缩蓄力，并在绕线盘处产生旋转扭矩，在穿戴者进行直腰动作时，旋转扭矩为穿戴者的腰部提供助力。本发明结构简单，易于维护，适用广泛。

Description

一种无源腰部助力器

技术领域

本发明涉及人体运动辅助器械技术领域，尤其涉及一种无源腰部助力器。

背景技术

腰部助力器是一种可穿戴的人体运动助力设备，在一些需要劳动者弯腰搬运重物的工作场合中，佩戴腰部助力器能够在劳动者弯腰直腰的过程中减轻其腰部肌肉的负担与疲劳，从而有助于提高工作效率，减少腰肌劳损等慢性病的发生。

目前的腰部助力器大都为有源助力设备，一般通过电源、气压源或液压源等为其提供外部动力输入，实现腰部助力器对人体的助力工作，但有源的腰部助力设备，通常需要安装动力源，还得安装相应的传感器、控制器等部件才能实现对人体的助力。因此，有源腰部助力器一般来说重量较大，系统相对复杂，成本较高，维护成本也相对较高，并且其使用时长或范围可能会受限于动力源。另外，现有的腰部助力器大都只关注于腿部的前后运动，穿戴后腿部无法进行外展内收运动，使穿戴者腿部活动受限。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明目的是提供一种无源腰部助力器，通过背部支撑管将助力器固定在穿戴者的背部，在背部支撑管的下部两侧分别对称设置腰管，腰管的端部设置有绕线盘，绕线盘上设置轴承架，轴承架下方设置弹簧仓，在连通的两个腰管内部设置带有钢丝的鲍登线，钢丝绕过绕线盘及轴承架内的导线轮，穿过弹簧仓内的弹簧，并将钢丝的两端分别通过垫片固定在两侧弹簧的底端外侧；在穿戴者弯腰时，绕线盘绕紧钢丝，使钢丝的两端同时拉紧两侧的弹簧，使弹簧蓄力，当穿戴者直腰时，弹簧释放蓄力帮助穿戴者完成直腰动作，实现对穿戴者腰部的助力保护。

为了实现上述目的，本发明提供了一种无源腰部助力器，包括：

背部支撑管，所述背部支撑管上设置有肩带固定板；

两个腰管，所述两个腰管对称设置在所述背部支撑管的两侧，所述腰管的一端固定在所述背部支撑管上；

鲍登线，所述鲍登线穿设在所述两个腰管内，所述鲍登线内设置有钢丝；

两个绕线盘，所述绕线盘固定设置在所述腰管的端部，用于绕紧所述钢丝；

两个轴承架，所述轴承架的顶端转动设置在所述绕线盘上，所述轴承架可沿所述绕线盘前后转动；所述轴承架内设置有导线轮，所述钢丝滑设在所述导线轮的凹槽内；

两个弹簧仓，所述弹簧仓通过轴承侧板固定在所述轴承架的底端，所述弹簧仓可沿所述轴承架左右转动；所述弹簧仓内设置有润滑管，所述润滑管内设置有弹簧，所述钢丝穿设在所述弹簧内，所述钢丝的端部通过垫片固定在所述弹簧的底端的外侧；

两个挡杆，所述挡杆通过挡杆调节销固定在所述弹簧仓上；

当穿戴者弯腰时，穿戴者的大腿带动所述挡杆使所述轴承架相对于所述绕线盘向前转动，所述绕线盘绕紧所述钢丝，所述钢丝的端部向上拉紧所述弹簧，使所述弹簧蓄力；当穿戴者直腰时，所述弹簧释放蓄力帮助穿戴者完成直腰动作。

优选的，所述两个腰管上对称设置有肩带固定座。

进一步优选的，所述腰部助力器还包括：

肩带，所述肩带分别与所述肩带固定板和肩带固定座相连接，用于将所述背部支撑管与穿戴者的背部相固定。

优选的，所述绕线盘的两侧分别设置有绕线盘挡边。

优选的，所述弹簧仓的底部设置有封堵件。

优选的，所述两个绕线盘之间设置有髋部固定带，用于将所述两个绕线盘分别固定在穿戴者两侧的髋部外侧。

优选的，所述挡杆上设置有腿部固定带，用于将所述挡杆与穿戴者的大腿相固定。

优选的，所述绕线盘采用偏心方式设置。

优选的，所述弹簧为压缩弹簧、扭力弹簧或发条弹簧。

本发明提供了一种无源腰部助力器，通过背部支撑管将助力器固定在穿戴者的背部，在背部支撑管的下部两侧分别对称设置腰管，腰管的端部设置有绕线盘，绕线盘上设置轴承架，轴承架下方设置弹簧仓，在连通的两个腰管内部设置带有钢丝的鲍登线，钢丝绕过绕线盘及轴承架内的导线轮，穿过弹簧仓内的弹簧，并将钢丝的两端分别通过垫片固定在两侧弹簧的底端外侧；在穿戴者弯腰时，绕线盘绕紧钢丝，使钢丝的两端同时拉紧两侧的弹簧，使弹簧蓄力，当穿戴者直腰时，弹簧释放蓄力帮助穿戴者完成直腰动作，实现了对穿戴者腰部的助力保护。

附图说明

图1为本发明实施例提供的无源腰部助力器的斜视图；

图2为本发明实施例提供的无源腰部助力器的局部爆炸图；

图3为本发明实施例提供的无源腰部助力器的正视图；

图4为本发明实施例提供的无源腰部助力器的侧视图；

图5为本发明实施例提供的无源腰部助力器的钢丝的装配示意图；

图6为本发明实施例提供的绕线盘的结构示意图之一；

图7为本发明实施例提供的绕线盘的结构示意图之二。

具体实施方式

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

本发明提供了一种无源腰部助力器，通过背部支撑管将助力器固定在穿戴者的背部，在背部支撑管的下部两侧分别对称设置腰管，腰管的端部设置有绕线盘，绕线盘上设置轴承架，轴承架下方设置弹簧仓，在连通的两个腰管内部设置带有钢丝的鲍登线，钢丝绕过绕线盘及轴承架内的导线轮，穿过弹簧仓内的弹簧，并将钢丝的两端分别通过垫片固定在两侧弹簧的底端外侧；在穿戴者弯腰时，绕线盘绕紧钢丝，使钢丝的两端同时拉紧两侧的弹簧，使弹簧蓄力，当穿戴者直腰时，弹簧释放蓄力帮助穿戴者完成直腰动作，实现了对穿戴者腰部的助力保护。

如本申请所讨论的，术语“前后”、“左右”或“上下”用于下文有关相对于穿戴者的位置或方向的描述，即“前后”、“左右”或“上下”为穿戴者站立时穿戴者的“前后”、“左右”或“上下”等位置或方向的描述。下面通过具体实施例对本申请进行详细说明，但应理解的是，以下实施例并非用于限制本申请，本领域技术人员能够想到将实施例中具体特征进行排列组合，形成基于本申请构思的其他类似方案。

如本申请所讨论的，术语“连接”可以是两者以直接方式连接，也可以是通过中间物实现间接连接，两种方式均应理解为“连接”所包含的内容。

图1为本发明实施例提供的无源腰部助力器的斜视图；图2为本发明实施例提供的无源腰部助力器的局部爆炸图；图3为本发明实施例提供的无源腰部助力器的正视图；图4为本发明实施例提供的无源腰部助力器的侧视图；图5为本发明实施例提供的无源腰部助力器的钢丝的装配示意图，如图1-5所示，本发明实施例提供的一种无源腰部助力器包括：背部支撑管1、两个腰管2、鲍登线3、两个绕线盘4、两个轴承架5、两个弹簧仓6和两个挡杆7。

背部支撑管1用于将助力器固定于穿戴者的背部，背部支撑管1靠近顶端的前侧位置设置有肩带固定板11，用于固定肩带(图中未示出)的顶端。

背部支撑管1靠近底端的左右两侧均设置有开口，腰管2的一端固定连接在背部支撑管1的开口上，两个腰管2左右对称的设置在背部支撑管1两侧的开口上。

在每个腰管2上均设置有肩带固定座21，两个肩带固定座21分别与肩带的两个底端相连接，用于固定肩带底端在腰管2上的位置，防止其左右滑动，肩带佩戴在穿戴者的双肩，并通过顶部的肩带固定板11及底部的两个肩带固定座21将背部支撑管1牢牢地固定在穿戴者的后背。

背部支撑管1底部左右两侧的开口相连通，将左右两个腰管2的内腔连通，鲍登线3贯穿在左右两个腰管2及背部支撑管1内，鲍登线3的内部设置有钢丝31，鲍登线3的两端分别与两个腰管2的两端对齐，即鲍登线3的长度设置为两个腰管2的长度与背部支撑管1的左右宽度之和。

在两个腰管2的前端部分别固定设置有腰管固定座22，两个绕线盘4分别通过腰管固定座22固定连接在两个腰管2的端部，用于绕紧钢丝31，钢丝31滑动设置在绕线盘4的凹槽内，绕线盘4的两侧分别设置有绕线盘挡边41，用于防止钢丝31在绕线盘4上滑脱。两个绕线盘4之间还设置有髋部固定带(图中未示出)，在穿戴时，通过髋部固定带将两个绕线盘4固定在穿戴者两侧的髋部外侧。

在两个绕线盘4上分别设置有轴承架5，轴承架5的顶端通过轴承固定在绕线盘4的中轴上，使轴承架5能够以绕线盘4的中轴为轴前后转动，在轴承架5的内部设置有导线轮51，导线轮51与绕线盘4设置在同一平面内。钢丝31滑动设置在导线轮51的凹槽内。

在轴承架5的底端的前后两侧分别设置有轴承侧板52，弹簧仓6的顶端通过两个轴承侧板52转动设置在轴承架5的底端，弹簧仓6能够相对于相对于轴承架5进行小幅度的左右转动。在穿戴者使用助力器的过程中，由于弹簧仓6与穿戴者的大腿相固定，为了避免穿戴者左右摆腿受限，因此将弹簧仓6设置为能够左右摆动，以便于穿戴者在使用过程中能够实现大腿的外展和内收，避免穿戴者腿部活动受限。

在弹簧仓6内设置有弹簧61，鲍登线3内的钢丝31从腰管2内穿出后，经绕线盘4及导线轮51向下穿入弹簧61内，钢丝31的端部穿出弹簧61的底端，并通过垫片63将钢丝31的端部固定在弹簧61的底端外侧。在钢丝31被拉动后，能够通过其端部的垫片63对弹簧61进行拉动并压缩弹簧61，使弹簧61被压缩并蓄力。同时，还可以在垫片63的外侧设置螺母，用于调节弹簧61的压力大小，起到预紧力的作用。为了减小弹簧61被压缩时所受到的与弹簧仓6相互摩擦所受到的阻力，在弹簧仓6及弹簧61之间设置有润滑管62，润滑管62能够极大地减小弹簧61形变时受到的阻力，使其蓄力效果更好，同时在弹簧61释放时能够显著地增强助力器最终的助力效果。

绕线盘4可以采用不同的设置方式，图6为本发明实施例提供的绕线盘的结构示意图之一，图7为本发明实施例提供的绕线盘的结构示意图之二，如图6和图7所示，图6为正常设置的绕线盘4，图7为采用偏心方式设置的绕线盘4，可以通过调节绕线盘4的轴心的位置实现不同的出力方式，即使两侧弹簧61受到的压力不同，也能够保证恒力输出。

弹簧61可以采用多种不同形式的弹簧，包括但不限于采用压缩弹簧、扭力弹簧或发条弹簧，另外，弹簧61的长度也可以调节。

在弹簧仓6的底端设置有封堵件64，用于对弹簧仓6的底端进行封堵。在弹簧仓6的外侧还设置有多个调节凹槽65。

在两侧的弹簧仓6上分别设置有挡杆7，挡杆7通过挡杆调节销71固定在弹簧仓6上，其中，挡杆调节销71与弹簧仓6外侧的调节凹槽65相匹配，挡杆7通过挡杆调节销71以及调节凹槽65固定在弹簧仓6上，并且可通过挡杆调节销71与不同的调节凹槽65相匹配来调节挡杆7在弹簧仓6上的位置。其中，挡杆7上还设置有腿部固定带(图中未示出)，在穿戴者进行穿戴时，通过腿部固定带将挡杆7固定在穿戴者的膝盖上方的大腿前侧位置。

本发明实施例具体工作过程如下：

穿戴者通过肩带背部支撑管1固定在后背处，并通过髋部固定带将两个绕线盘4分别固定在两侧的髋部外侧，最后通过腿部固定带将两个挡杆7分别固定在左右两个膝盖上方的大腿前侧，挡杆7可通过挡杆调节销71调节其在弹簧仓6上的位置。当穿戴者弯腰时，腰管2和弹簧仓6以绕线盘4为轴相对转动，绕线盘4绕紧钢丝31，由于钢丝31长度固定，因此钢丝31的两端会向上拉紧并压缩两侧弹簧仓6内的弹簧61，使弹簧61被压缩并蓄力，由于两侧弹簧61通过同一根钢丝31串联，因此，两侧弹簧61所受到的力的大小是一致的，不会影响穿戴者平衡。此时，被压缩的弹簧61使得助力器在绕线盘4处产生一个旋转的扭矩，在穿戴者进行直腰动作时，旋转的扭矩为穿戴者提供助力，帮助穿戴者完成直腰动作。

在穿戴者进行行走时，由于两腿前后运动，钢丝31前后伸缩，会弥补迈腿过程中产生的行程差，此时弹簧不受压缩，不会产生行走阻力。

当穿戴者两腿一前一后弯腰时，由于两侧弹簧61是由一根钢丝31串联，因此两侧弹簧61的变形量一致，带给两腿的压力体感也是一致的。

相对于现有技术而言，本发明提供的无源腰部助力器，通过钢丝的拉伸及弹簧的被动压缩来为穿戴者腰部产生助力，无需外部动力源，结构简单轻巧，维护方便，通过一根钢丝串联两侧弹簧，能够起到平衡出力的作用，使得穿戴者在正常行走时，腿部不会受到压力。同时，能够前后转动的轴承架以及能够左右转动的弹簧仓，为穿戴者腿部的活动提供了极大的自由度，避免穿戴者腿部活动受限。本发明通过简单的结构实现了对穿戴者的腰部助力，成本低，适用广泛。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种无源腰部助力器，其特征在于，所述无源腰部助力器包括：

背部支撑管，所述背部支撑管上设置有肩带固定板；

两个腰管，所述两个腰管对称设置在所述背部支撑管的两侧，所述腰管的一端固定在所述背部支撑管上；

鲍登线，所述鲍登线穿设在所述两个腰管内，所述鲍登线内设置有钢丝；

两个绕线盘，所述绕线盘固定设置在所述腰管的端部，用于绕紧所述钢丝；

两个轴承架，所述轴承架的顶端转动设置在所述绕线盘上，所述轴承架可沿所述绕线盘前后转动；所述轴承架内设置有导线轮，所述钢丝滑设在所述导线轮的凹槽内；

两个弹簧仓，所述弹簧仓通过轴承侧板固定在所述轴承架的底端，所述弹簧仓可沿所述轴承架左右转动；所述弹簧仓内设置有润滑管，所述润滑管内设置有弹簧，所述钢丝穿设在所述弹簧内，所述钢丝的端部通过垫片固定在所述弹簧的底端的外侧；

两个挡杆，所述挡杆通过挡杆调节销固定在所述弹簧仓上；

当穿戴者弯腰时，穿戴者的大腿带动所述挡杆使所述轴承架相对于所述绕线盘向前转动，所述绕线盘绕紧所述钢丝，所述钢丝的两端部向上拉紧所述弹簧，使所述弹簧蓄力；当穿戴者直腰时，所述弹簧释放蓄力帮助穿戴者完成直腰动作。

2.根据权利要求1所述的无源腰部助力器，其特征在于，所述两个腰管上对称设置有肩带固定座。

3.根据权利要求2所述的无源腰部助力器，其特征在于，所述腰部助力器还包括：

肩带，所述肩带分别与所述肩带固定板和肩带固定座相连接，用于将所述背部支撑管与穿戴者的背部相固定。

4.根据权利要求1所述的无源腰部助力器，其特征在于，所述绕线盘的两侧分别设置有绕线盘挡边。

5.根据权利要求1所述的无源腰部助力器，其特征在于，所述弹簧仓的底部设置有封堵件。

6.根据权利要求1所述的无源腰部助力器，其特征在于，所述两个绕线盘之间设置有髋部固定带，用于将所述两个绕线盘分别固定在穿戴者两侧的髋部外侧。

7.根据权利要求1所述的无源腰部助力器，其特征在于，所述挡杆上设置有腿部固定带，用于将所述挡杆与穿戴者的大腿相固定。

8.根据权利要求1所述的无源腰部助力器，其特征在于，所述绕线盘采用偏心方式设置。

9.根据权利要求1所述的无源腰部助力器，其特征在于，所述弹簧为压缩弹簧、扭力弹簧或发条弹簧。